DE19818869C1 - Kolben für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kolben für BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kolben (1) für Brennkraftmaschinen mit im Querschnitt rechteckigen Ringnuten (3, 4). Die obere Flanke (7) der Ringnuten (3, 4') erweitert sich in radialer Richtung diffusorartig nach außen.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für
Hochleistungsbrennkraftmaschinen mit im Querschnitt rechteckigen Ringnuten für
Kolbenringe, wobei in der kolbenbodenseitigen obersten Ringut ein Verdichtungsring mit
axialem Spiel angeordnet ist und mindestens eine der Flanken der Ringnut außenseitig
eine Fase aufweist.
Hochleistungsbrennkraftmaschinen, wie beispielsweise moderne Dieselmotoren,
unterliegen hohen thermischen Belastungen. Das Temperaturniveau in den Kolbennuten,
insbesondere in der ersten kolbenbodenseitigen Ringnut, ist gegenüber anderen Motoren
deutlich höher. Die heißen Gase fließen über die Außenkontur des Kolbens in die
Ringnuten. Die erhöhte Temperatur läßt das dort befindliche Öl unerwünscht verkoken
und führt so zu Ablagerungen an den Flanken der Kolbenringe. Diese Ablagerungen
behindern die radiale Beweglichkeit der Kolbenringe und beeinflußen so die Funktion der
Ringe negativ.
Um die heißen Verbrennungsgase von den Kolbenringen fernzuhalten, wurde gemäß
DE 9 07 607 B vorgeschlagen, im Stegbereich eine Labyrinthdichtung vorzusehen. Das
Problem beim Betrieb von Brennkraftmaschinen besteht aber auch darin, daß das
entstehende Abgas Schadstoffe enthält, insbesonder Kohlenwasserstoffe.
Die Kohlenwasserstoffe im Abgas stammen aus Zonen, die nicht, oder nur unvollständig
von der Verbrennung erfaßt werden. Eine solche Zone ist zum Beispiel der Bereich
oberhalb des ersten Kompressionsringes zwischen Kolben und Zylinderwand. Dieser
Bereich wird am Kolben durch den Feuersteg definiert. Das im Feuerstegbereich nur
unvollständig verbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch enthält die Schadstoffe, die allgemein
im Abgas als HC-Emission bezeichnet werden. Um das Schadstoffvolumen im
Feuerstegbereich zu minimieren, werden die Spaltweiten zwischen Kolben und
Zylinderbohrung möglichst klein gehalten, dabei dürfen jedoch gewisse Toleranzen nicht
unterschritten werden, damit der Kolben nicht an die Zylinderwand stößt.
In der genannten Labyrinthdichtung verbleiben unverbrauchte Gasrückstände, wodurch
die Schadstoffanteile im Abgas erhöht werden.
Die AT 377 582 B offenbart einen Kolben mit Vertiefungen und Vorsprüngen auf der
Mantelaußenfläche. In den Vertiefungen, die als Nuten mit dreieckförmigem Querschnitt
ausgebildet sind, sollen sich Ruß- oder andere Ablagerungen sammeln. Da die
Mantelfläche des Kolbens an dieser Stelle gegenüber üblichen Kolben ein vermindertes
Spiel bezüglich der Zylinderwand aufweist, wird auf diese Weise ebenfalls eine
Labyrinthdichtung erzeugt. In den Vertiefungen wird das Gas verzögert und die
Ablagerungen gesammelt. In den Vertiefungen sammeln sich aber auch
Kohlenwasserstoffe, die sich als HC-Emissionen im Abgas des Motors wiederfinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperatur in der Kolbennut zu senken,
um ein Verkoken der Nut zu vermeiden, ohne daß Nachteile im Hinblick auf die
Abgasemissionen zu erwarten ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dokumentiert.
Durch die besondere Ausgestaltung der Ringnutflanke wird er Kontakt des Kolbenrings
an der unteren Nutflanke schneller als bisher erreicht. Durch die Erweiterung des
Axialspieles im vorderen Nutbereich wird die sonst übliche Drosselwirkung der sehr
kleinen Axialspiele zwischen oberer Ringflanke und Nutflanke partiell aufgehoben.
Dadurch wird ein schnellerer Druckanstieg auf der Ringflanke und am
Ringinnendurchmesser ausgelöst. Der dadurch länger auf der unteren Nutflanke
aufliegende Kolbenring kann die Temperatur des Kolbens auf die Zylinderlauffläche
besser übertragen.
Um die Axialbewegung des Kolbenringes in der Nut zu begrenzen, bleibt der innere
Nutbereich mit normalem Axialspiel erhalten.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in einer Figur dargestellt und wird
im folgenden näher erläutert:
Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Kolben 1, innerhalb eines Zylinders 2. Der
Kolben weist Ringnuten 3, 4 mit einer erfindungsgemäßen Erweiterung 5, 5' auf. In der
obersten Ringnut 3 erstreckt sich ein Verdichtungsring 6 mit rechteckigem Querschnitt.
Die kolbenbodenseitige Flanke 7 der Ringnut 3 erweitert sich nach außen diffusorartig.
Die im radial inneren Bereich parallel zur Kolbenringflanke verlaufende Flanke 7 weist
ein Axialspiel, wie es bei bisherigen Nuten üblich ist, auf. Der Kolbenring 6 kann deshalb
innerhalb der Ringnut 3 keine andere Bewegung als bisher ausüben. Radial vor dem
Massenschwerpunkt 8 beginnt der Übergang vom rechteckigen zum diffusionsartigen
Bereich und ist als Radius R ausgebildet.
Das aus dem Verbrennungsraum 9 austretende Gas gelangt durch den Spalt zwischen
Zylinder 2 und Kolben 1 in die Ringnut 3, da das Axialspiel im diffusorartigen Bereich
wesentlich größer ist, als im rechteckigen Bereich, ist die Drosselwirkung aufgehoben
und das Gas wird im Übergangsbereich beschleunigt hinter den Ring 6 geleitet. Durch
den als Radius ausgebildeten Bereich wird verhindert, daß Turbulenzen entstehen.
Im Sinne der Erfindung ist es natürlich auch möglich, die zweite Ringnut 4 ebenfalls wie
die Ringnut 3 auszubilden.
Claims (3)
1. Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Hochleistungsbrennkraftmaschinen
mit im Querschnitt rechteckigen Ringnuten für Kolbenringe, wobei in der
kolbenbodenseitigen obersten Ringnut ein Verdichtungsring mit axialem Spiel
angeordnet ist, und mindestens eine der Flanken der Ringnut außenseitig eine Fase
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die kolbenbodenseitige Fase der obersten
Ringnut (3, 4) partiell radial nach außen diffusorartig erweitert ist, indem der
Übergang vom rechteckigen zum diffusorartigen Bereich als Radius (R) und der
Radius (R) größer als 0,1 mm ausgebildet ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusorartige Erweiterung
im Winkelbereich α von 1 bis 70° ausgebildet ist.
3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang der
Erweiterung im Bereich zwischen der Kolbenaußenumfangsfläche und dem
Massenschwerpunkt (8) des Verdichtungsringes (6) angeordnet ist.
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IT (1) | IT1312194B1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102014214673B3 (de) * | 2014-07-25 | 2016-01-21 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Kolben für einen Verbrennungsmotor |
US11054030B2 (en) | 2019-03-18 | 2021-07-06 | Mahle International Gmbh | Piston for an internal combustion engine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE907607C (de) * | 1949-12-16 | 1954-03-25 | Mahle Kg | Kolben fuer Brennkraftmaschinen |
DE6900146U (de) * | 1969-01-02 | 1969-06-26 | Isotex Leichtbauplattenwerk Ka | Bauelement fuer stallentluftungskamine. |
AT377582B (de) * | 1979-08-28 | 1985-04-10 | Promeyrat Casteilla Tech | Kolben fuer brennkraftmaschinen |
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1998
- 1998-04-28 DE DE19818869A patent/DE19818869C1/de not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-04-20 IT IT1999MI000823A patent/IT1312194B1/it active
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ITMI990823A0 (it) | 1999-04-20 |
IT1312194B1 (it) | 2002-04-09 |
ITMI990823A1 (it) | 2000-10-20 |
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